Биодизель или биодизельное топливо — жидкое моторное биотопливо, представляющее из себя смесь моноалкильных эфиров жирных кислот. Биодизель получают из триглицеридов (реже свободных жирных кислот) реакцией этерификации одноатомными спиртами (метанол, этанол и др.). Применяется как в чистом виде, так и в виде различных смесей с дизельным топливом.
Дизельное топливо – это нефтепродукт, состоящий из смеси углеводородов, которые получают методом перегонки смеси и отбора из неё определенных фракций. Метод перегонки заключается в разделении нефти на фракции определённых температур кипения в ректификационной колонне. Фракции дизельного топлива получают при температуре кипения от +220°С до +350°С.
На данный момент дизельное топливо широко применяется в качестве топливной смеси для двигателей внутреннего сгорания сельскохозяйственных и строительных машин, тепловозов, судов, грузовых и легковых автомобилей.
Дизельное топливо крайне важно для современной деятельности человека при выполнении механизированных работ, однако и оно имеет свои недостатки, которые оказывают воздействие на экологию окружающей среды и здоровье человека.
Процесс производства биодизельного топлива
Первым этапом создания биодизельного топлива является получение необходимого сырья. В качестве сырья для создания биодизеля используют жирные и эфирные масла, получаемые из материалов органического сырья, например, семян сельскохозяйственных культур или водорослей. На данный момент изучены технологии производства биодизеля из семян рапса, сои, кукурузы, тыквы, горчицы и множества других растительных веществ. Биодизельные топлива, полученные из разных масел, будут в некоторой степени отличаться по характеристикам.
Семена после проверки качества поступают на отжим. Оставшийся после производства масла жмых может быть использован комбикормовой промышленностью.
Следующим этапом является процесс этерификации, который происходит в специальных реакторах.
Процесс этерификации – это процесс образования сложных эфиров при взаимодействии кислот и спиртов.
Для получения диметилового эфира в реактор к рапсовому маслу добавляется метанол и небольшое количество катализатора. В качестве катализатора чаще всего используется гидроксид натрия или калия. Молекулы жира, входящие в состав масла, состоят из триглицеридов: соединений трехвалентного спирта глицерина с тремя жирными кислотами. В результате химической реакции получается смесь, которая со временем расслаивается на фракции: легкая фракция – диметиловый эфир (биодизель), тяжелая – глицериновая фаза, побочным продуктом реакции является вода.
Положительные и отрицательные стороны биодизельного топлива
Биодизельное топливо имеет ряд достоинств перед дизельным топливом. Данный вид топлива более экологичен и позволяет смягчить воздействие деятельности человека на окружающую среду.
Материалом для изготовления биодизельного топлива служит растительное сырьё, которое является возобновляемым ресурсом, что позволяет производить биодизельное топливо на постоянной основе.
Биодизельное топливо имеет более короткий срок разложения в естественной природной среде, так как изготавливается из растительных и животных жиров. Попадание топлива в окружающую среду не вызывает настолько пагубное воздействие на экологию в отличие от нефтяного топлива.
Из-за высокой вязкости биодизельные топлива имеют хорошие смазочные свойства, что хорошо сказывается на ресурсе элементов топливной аппаратуры двигателя.
При изготовлении биодизельного топлива побочными продуктами производства являются глицерин и жмых. Глицерин может использоваться в других направлениях производства, а жмых, получаемый после отжима растительных масел, — на корм скоту.
Однако при всех своих положительных качествах биодизельное топливо имеет недостатки.
Для массового изготовления биодизельного топлива необходимы большие сельскохозяйственные территории, а это может привести к уменьшению получаемой пищевой продукции. Поэтому на данный момент изучаются оптимальные методы выращивания водорослей, которые можно применять для создания биодизельного топлива. Водоросли быстро растут, при этом давют достаточно исходного материала для создания биодизеля. Стоит также упомянуть, что относительно небольшой срок разложения приводит к малому сроку хранения биодизельного топлива.
Сравнение дизельного и биодизельного топлива
Биодизельное и дизельное топлива можно сравнить по основным характеристикам, таким как: цетановое число, вязкость, температура помутнения, температура застывания.
Цетановое число – характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки горения рабочей смеси. Оно показывает процентную долю цетана в смеси с альфа-метилнафталином.
Стандартное дизельное топливо характеризуется цетановыми числами около 40—45, а дизельное топливо высшего качества (премиальное) имеет цетановые числа 45—50. Для биодизельного топлива цетановое число составляет не менее 51.
Применение топлив с цетановым числом менее 40 приводит к жесткой работе дизеля и ухудшению пусковых свойств топлива. Топлива высокого качества имеют цетановое число равное не менее 50.
Вязкость – один из основных показателей топлива, определяющий качество его распыливания в камере сгорания дизеля.
При недостаточной вязкости топлива повышается износ насосов и форсунок, а также растет утечка топлива между компонентами насоса. Топливо слишком вязкое будет плохо прокачиваться по системе питания, недостаточно тонко распыляться и сгорать не полностью.
Поэтому ограничивают как нижний, так и верхний допустимые пределы кинематической вязкости при 20°С (в пределах от 1,5 до 6,0 сСт.). Вязкость дизельного топлива при 20°С составляет около 3,8 сСт. Вязкость биодизельного топлива при 20°С составляет около 7,5 сСт.
Температура помутнения – это температура, при которой начинается выпадение кристаллов парафина, вызывающее помутнение нефтепродукта.
Температура помутнения является важным показателем нефтепродуктов, особенно для моторных топлив, поскольку она показывает, при каких условиях возможно образование кристаллов парафина (или льда), выпадение которых в двигателе может нарушить его нормальную работу.
Температура помутнения летнего дизельного топлива равна в среднем минус 6°С, а для зимнего — минус 25°С. Температура помутнения биодизельного топлива равна в среднем минус 3°С, что указывает на необходимость применения его в чистом виде только для условий тёплого климата.
Температура застывания – это температура, при которой нефтепродукт теряет подвижность в условиях испытания. Температурой застывания считают температуру, при которой уровень нефтепродукта в стандартной плоскодонной пробирке при ее наклоне под углом 45° не меняет своего положения в течение 1 минуты.
Температура застывания летнего дизельного топлива равна в среднем минус 10°С, а для зимнего — минус 35°С. Для биодизельного топлива температура застывания равна в среднем минус 9°С.
Из сравнения по основным характеристикам можно понять, что в холодное время года биодизельное топливо в чистом виде лучше не использовать, так как температуры помутнения и застывания выше, чем у традиционного дизельного топлива. Однако данная проблема в определённой степени решается при смешивании биодизеля с минеральным дизельным топливом. Это позволяет получить температуры помутнения и застывания выше, чем у биодизеля, а также уменьшить количество вредных выбросов при сгорании.
В современных условиях человечеству необходимо найти оптимальные и экологически чистые способы получения энергии для механизации производственных процессов, так как вредные выбросы оказывают губительное влияние на окружающую среду и экологию. В свете исчерпаемости нефтяных ресурсов биодизельные топлива имеют актуальность, так как через несколько десятков лет нефтяные запасы могут быть исчерпан, и это повлияет на работу многих отраслей. Замена дизельного топлива биодизельным позволит уменьшить расход традиционных нефтепродуктов.
На данный момент производство биодизельного топлива обходится дороже, чем производство минерального дизельного, что сказывается и на рыночной цене. Ученые работают над оптимизацией методов производства биодизеля и других биотоплив. В будущем это позволит обеспечить улучшение экологической ситуации во всём мире.
Загрузка...
